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Dans ce contexte, l'exploration pétrolière et gazière a pour but la découverte

Dans ce contexte, l'exploration pétrolière et gazière a pour but la découverte d'accumulations d'hydrocarbures liquides ou gazeux techniquement et économiquement exploitables. Ultimement, cette découverte ne peut qu’être réalisée par forage. Toutefois, des indices de la présence de pétrole et de gaz naturel contenus en profondeur pouvant être accumulés dans des unités géologiques peuvent être détectés à partir de la surface. Ainsi, l’implantation des forages d'exploration est habituellement précédée d'une série d'opérations de reconnaissance mettant en oeuvre des techniques combinant les disciplines de la géologie, de la géochimie et de la géophysique (Figure 2). La première étape de tout programme d'exploration est de définir un concept, en anglais play, afin d’expliquer de quelles manières le pétrole ou le gaz naturel aurait pu s’accumuler dans le bassin sédimentaire. Un concept d’exploration est ainsi défini comme un ensemble de cibles potentielles d’accumulations d’hydrocarbures, en anglais prospects, partageant des caractéristiques géologiques communes en ce qui a trait à : la roche mère (ou la roche source des hydrocarbures), aux relations de la migration, à l’unité géologique du réservoir, aux types de piège et puis à la roche-couverture. L'analyse d’un concept d’exploration implique donc de réaliser la synthèse et la cartographie de tous ces paramètres géologiques clés qui contrôlent la présence d’accumulation de pétrole ou gaz naturel. En premier lieu, le géologue recueille alors des informations à partir de diverses sources, que ce soit à partir d’affleurements de roches à la surface ou bien sur des échantillons provenant d’anciens puits d’exploration pétrolière et gazière. Ainsi, en combinant les données acquises, le géologue peut déduire différentes caractéristiques d’une région particulière, telles que la composition, la porosité et la perméabilité des roches, l'âge et la succession sédimentaire du bassin, la géométrie des strates, ainsi que la présence de fractures ou de failles. Par la suite, l’étape d’exploration (Figure 2) comprend, entre autre, une série des relevés géochimiques et géophysiques de surface qui ont l’objectif d’imager les unités géologiques et d’identifier les accumulations potentielles d’hydrocarbures. Parfois, des forages miniers, appelés « sondages stratigraphiques » au Québec, peuvent être réalisés afin de déterminer la succession sédimentaire en profondeur et ainsi prouver un concept d’exploration. Toutefois, la vérification de la présence d’accumulations d’hydrocarbures et de leur potentiel d’exploitation technique et commerciale exige toutefois l’utilisation de forages pétroliers. Ces forages nécessitent l’aménagement d’un site de forage, le forage lui-même qui crée un trou à travers les formations rocheuses, puis l’installation de coffrages en acier qui sont cimentés afin d’isoler hydrauliquement le puits des unités géologiques entre elles et des ressources en eau souterraine situées à faible profondeur. Les coffrages et le ciment peuvent être ensuite perforés au niveau de l’unité contenant les ressources en hydrocarbures, ce qui permet de procéder à des tests de production et d’échantillonner les hydrocarbures afin d’évaluer le potentiel de production du puits. Des sondages stratigraphiques peuvent alors être réalisés, ainsi que des levés géophysiques et géochimiques de surface à plus haute résolution afin de mieux évaluer l’extension de ces ressources. Si le puits révèle la présence d’une accumulation significative d’hydrocarbures ayant le potentiel d’être exploitée commercialement, une phase d’évaluation est alors amorcée pour procéder au forage d’autres puits ainsi qu’à la mise en place d’infrastructures de surface (chemins 2.4. Le forage pétrolier 2.4.1. Description Lorsque l’on a identifié la présence de réservoirs potentiels souterrains par des méthodes de surface, il est impératif d’en étudier les caractéristiques qui conditionnent son rendement: son volume, sa porosité, son taux de saturation, sa perméabilité, les différents fluides qu’il renferme (eau, pétrole, gaz). Pour connaître ces paramètres du réservoir, la première approche consiste à faire des forages pétroliers, qui peuvent atteindre quelques kilomètres. Pour ce faire, la méthode de forage principalement utilisée, par rotation (en anglais, rotary), consiste à creuser un trou en utilisant des trépans comme outils de forage à l’extrémité inférieures des tiges de forage sur lesquelles on applique une force tout en les entraînant en rotation. L’avantage principal de cette technique est de pouvoir faire circuler en continu un fluide de forage (« boue ») dans le trépan pour emporter les débris de roches (retailles; en anglais, cuttings) hors du trou grâce au courant ascensionnel de ce fluide vers la surface. Mais l’utilisation de boue de forage présente également plusieurs autres fonctions, dont : − faciliter le forage en lubrifiant et en refroidissant le trépan; − équilibrer les pressions sur les parois du trou de forage (une pression trop faible entraînerait un risque d'effondrement des parois du puits, tandis qu’une pression excessive risquerait de faire pénétrer la boue de forage trop profondément dans la roche, et ainsi réduire la porosité et la perméabilité nécessaire à la production du réservoir); Deux grandes catégories de boues de forage existent : à base d’eau et à base de pétrole. À l’aide d’additifs, différentes compositions peuvent être élaborées selon les caractéristiques propres du forage, telles que la profondeur, la nature de la roche forée, ainsi que les pressions et les températures rencontrées. Lorsque le forage d'une section du puits est complété, des coffrages en acier sont descendus dans le trou, puis cimentés à la paroi rocheuse. Un coffrage est constitué de tubes d'acier vissés les uns aux autres. L’épaisseur de ces tubes varie selon le type d’acier utilisé et la pression maximale à laquelle ils sont exposés. Le Tableau 1 présente la nomenclature utilisée pour classer les grades de coffrage par l’American Petroleum Institute (API). Pour chaque grade de coffrage correspond des caractéristiques précises concernant sa résistance mécanique. Après la mise en place du premier coffrage, ce dernier sera cimenté à la paroi rocheuse et le forage sera poursuivi avec un outil dont le diamètre est inférieur au diamètre intérieur du coffrage 31 Synthèse des connaissances : pratiques actuelles et en développement dans l’industrie pétrolière et gazière précédemment mis en place (Figure 5). Un forage est donc un ouvrage télescopique puisque chaque coffrage mis en place réduit le diamètre du trou qui pourra être foré ultérieurement. Les coffrages successifs permettent de protéger le puits des éboulements des parois rocheuses et d'isoler les formations rocheuses les unes des autres, empêchant ainsi les fluides des zones perméables de communiquer entre elles ou de remonter à la surface. Ainsi, il est généralement nécessaire d'installer plus d’une séquence de coffrage en raison des différentes fonctions propres à chaque type de coffrage (Nowamooz et al., 2014). Tableau 1 – Grades de coffrage normalisés par l'American Petroleum Institute (API). Limite d'élasticité Limite de rupture Élongation minimale maximale minimale minimale Grade psi Mpa psi Mpa psi Mpa % H-40 40 000 276 80 000 552 60 000 414 29,5 J-55 55 000 379 80 000 552 75 000 517 24,0 K-55 55 000 379 80 000 552 95 000 665 19,5 N-80 80 000 552 110 000 758 100 000 689 18,5 L-80 80 000 552 95 000 655 95 000 655 19,5 P-110 110 000 758 140 000 965 125 000 827 15 Q-125 125 000 862 150 000 1034 135 000 931 18 2.4. Le forage pétrolier 2.4.1. Description Lorsque l’on a identifié la présence de réservoirs potentiels souterrains par des méthodes de surface, il est impératif d’en étudier les caractéristiques qui conditionnent son rendement: son volume, sa porosité, son taux de saturation, sa perméabilité, les différents fluides qu’il renferme (eau, pétrole, gaz). Pour connaître ces paramètres du réservoir, la première approche consiste à faire des forages pétroliers, qui peuvent atteindre quelques kilomètres. Pour ce faire, la méthode de forage principalement utilisée, par rotation (en anglais, rotary), consiste à creuser un trou en utilisant des trépans comme outils de forage à l’extrémité inférieures des tiges de forage sur lesquelles on applique une force tout en les entraînant en rotation. L’avantage principal de cette technique est de pouvoir faire circuler en continu un fluide de forage (« boue ») dans le trépan pour emporter les débris de roches (retailles; en anglais, cuttings) hors du trou grâce au courant ascensionnel de ce fluide vers la surface. Mais l’utilisation de boue de forage présente également plusieurs autres fonctions, dont : − faciliter le forage en lubrifiant et en refroidissant le trépan; − équilibrer les pressions sur les parois du trou de forage (une pression trop faible entraînerait un risque d'effondrement des parois du puits, tandis qu’une pression excessive risquerait de faire pénétrer la boue de forage trop profondément dans la roche, et ainsi réduire la porosité et la perméabilité nécessaire à la production du réservoir); Deux grandes catégories de boues de forage existent : à base d’eau et à base de pétrole. À l’aide d’additifs, différentes compositions peuvent être élaborées selon les caractéristiques propres du forage, telles que la profondeur, la nature de la roche forée, ainsi que les pressions et les températures rencontrées. Lorsque le forage d'une section du puits est complété, des coffrages en acier sont descendus dans le trou, puis cimentés à la paroi rocheuse. Un coffrage est constitué de tubes d'acier vissés les uns aux autres. L’épaisseur de ces tubes varie selon le type d’acier utilisé et la pression maximale à laquelle ils sont exposés. Le uploads/Geographie/ note-de-presentation-explo.pdf